3  Li  Lithium     Voorkomen Wingebieden Naam Ontdekking Bereiding vroeger Bereiding nu Toepassingen en toelichting Verdere toepassingen

VOORKOMEN 

0,002 % van de aardkost (tot 16 km diepte) bestaat uit lithium; het is het 32^e element in rangorde van voorkomen. Er zijn ongeveer 150 lithiummineralen bekend. Zowel zeewater als water in (grote) meren bevat dit element in de vorm van opgeloste zouten. Tevens treft men lithiumverbindingen  in zoutlagen aan. Lithiumcarbonaat komt voor in de verbrandingsresten van planten (o.a. in die van tabak).  

 

De voornaamste mineralen zijn: 

WINGEBIEDEN

De belangrijkste wingebieden liggen verspreid over de gehele wereld: Zimbabwe, China, Brazilië, Bolivia, de Verenigde Staten van Amerika (North-Carolina, New-England), Canada, Rusland, Chili, Democratische Republiek Congo, Australië, Oostenrijk, Spanje en Finland.

NAAM

De naam is afkomstig van het Griekse woord lithos, wat “steen” betekent. J. J. Berzelius stelde deze naam voor omdat lithium - in de vorm van lithiumverbindingen - als eerste alkalimetaal in mineralen (steen) werd gevonden. Dit in tegenstelling tot natrium- en kaliumverbindingen, die afkomstig waren uit materialen van plantaardige oorsprong.

ONTDEKKING

Lithiumhydroxide werd in 1817 als eerste lithiumverbinding uit petaliet {LiAl(Si₂O₅)₂}, afkomstig uit een mijn bij Uto in Zweden, afgezonderd door J. A. Arfvedson. Een jaar later isoleerden W. T. Brande en Sir H. Davy het metaal door elektrolyse van gesmolten lithiumoxide (Li₂O).

BEREIDING VROEGER

Lithium werd in grote hoeveelheden verkregen door elektrolyse van gesmolten lithiumchloride (LiCl) bij een temperatuur van 610 °C. Dit proces werd in 1855 voor het eerst toegepast door R. W. Bunsen en A. Matthiesen.

BEREIDING NU

Lithium wordt gewonnen uit lithiumaluminiumsilicaat, door deze stof eerst te verhitten met kaliumsulfaat (K₂SO₄). Er ontstaat dan onder meer lithiumsulfaat (Li₂SO₄). Samengebracht met natriumcarbonaat (Na₂CO₃) geeft deze verbinding lithiumcarbonaat (Li₂CO₃). Met zoutzuur ontstaat lithiumchloride (LiCl). 

Het metaal lithium ontstaat door elektrolyse van een gesmolten mengsel van lithium- en kaliumchloride (LiCl-KCl) bij 400 °C. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een anode van grafiet en een kathode van ijzer. De stroomopbrengst bedraagt ca. 90 %. 

 

De wereldproductie van lithiumverbindingen bedraagt ongeveer 40.000 ton per jaar.

TOEPASSINGEN EN TOELICHTING

Stuurraketbrandstof

Zeer fijn verdeeld lithium wordt - naar alle waarschijnlijkheid - samen met waterstof of een waterstof/zuurstof-mengsel gebruikt als brandstof bij de militaire luchtvaart en de ruimtevaart (vooral in stuurraketten). Er zijn ook systemen waarin lithiumhydride (LiH) als brandstof wordt gebruikt en lithiumnitraat (LiNO₃) als zuurstofleverancier. Vroeger werd meestal lithiumchloraat als oxidator gebruikt. Voor de Polarisraket was 13 ton van deze stof nodig.

Batterij pacemaker

Dit is een batterij met een laag vermogen, maar met een zeer hoge prestatie vanwege de duurzame opslag. Dit is mogelijk omdat de energie niet snel hoeft te worden afgegeven. Deze batterij is een Li/Ag₂CrO₄-cel en heeft een hoge energiedichtheid per volume-eenheid. Deze bedraagt 0,70 à 0,75 kWh/dm3 of 0,25 kWh/kg. Deze cel heeft een spanning van 3,2 V; bij stroomlevering bedraagt deze ca. 2,5 V. Onder de normale gebruiksomstandigheden heeft zij een levensduur van 6 - 10 jaar.

Lithiumbatterijen worden tevens gebruikt voor horloges, rekenmachines, camera’s, draagbare computers en GSM’s. Voor deze doeleinden worden oplaadbare batterijen gebruikt. Voor het opladen is speciale, zeer nauwkeurige oplaadapparatuur nodig, vanwege de gevoelige chemische reacties bij het proces. 

Vliegtuigonderdelen (en ruimtevaartmateriaal)

Vliegtuigonderdelen en onderdelen voor ruimtevaarttoestellen (bijvoorbeeld het omhulsel) moeten een lage dichtheid, hoge trekvastheid, grote hardheid en breukvastheid hebben en tevens zeer temperatuurbestendig zijn. Deze eigenschappen worden onder meer gevonden in een lithiumlering die bestaat uit 14 % lithium, 1 % aluminium en 85 % magnesium.

 

In ruimtecapsules gebruikt men lithiumperoxide als zuurstofleverancier. Het dient tevens als absorbens voor het koolstofdioxide in de uitgeademde lucht:

 

2 Li₂O₂+ 2 CO₂  → 2 Li₂CO₃     +  O₂

 

Als absorbens wordt tevens lithiumhydroxide gebruikt:

 

2 LiOH + CO₂  → Li₂CO₃ + H₂O

 

Verder wordt in de ruimtevaart gebruik gemaakt van lithiumbatterijen.  

Smeermiddel

Lithium-12-hydroxystearaat, dat wordt bereid door 12-hydroxystearinezuur {LiOOC(CH₂)₁₀CH₂OH(CH₂)₅CH₃} bij ca. 200 °C te laten reageren met zeer zuiver lithiumhydroxide, heeft een driedimensionale structuur. In de holle ruimten kan olie worden opgenomen, die bij druk weer vrijkomt. Hierdoor kunnen de beoogde onderdelen bij hoge temperaturen (tot 130 °C) worden gesmeerd, zonder dat de olie wegvloeit. Deze smeermiddelen worden gebruikt in vliegtuigen, vrachtwagens en in de industrie.

Glas

In vuurvast glaskeramiek wordt voor 90 % lithiumaluminiumsilicaat (LiAlSiO₄) gebruikt. Dit glas is bestand tegen hoge temperaturen. Lithiumoxide (Li₂O) wordt aan boorsilicaat-glas toegevoegd, dat in uurwerken en verrekijkers gebruikt wordt.

 

Geneesmiddel

Lithiumzouten - vooral lithiumcarbonaat (Li₂CO₃) - worden gebruikt als geneesmiddel bij de profylactische en therapeutische behandeling van sterke opgewondenheid bij patiënten met manische depressie. Een dagelijkse dosis mag de 0,5 gram niet te boven gaan. 

Tot voor kort werden ook andere lithiumzouten gebruikt zoals lithiumacetaat - in Quilonum®, een middel tegen manische depressie -, lithiumaspartaat, -benzoaat en -citraat.

 

In het verleden werd lithiumbromide (LiBr) soms toegediend als kalmeringsmiddel. Ruimtevaarders kregen dit middel bij de "take off". 

Sommigen menen dat de naam Librium® van deze stof is afgeleid. De naam heeft niets met lithiumverbindingen te maken, maar is de merknaam voor het geneesmiddel chloordiazepoxidehydrochloride, een anxiolytium of tranquillizer.  

VERDERE TOEPASSINGEN

Toepassingen als niet-ontleedbare stof (element) en als legering:

batterij in camera en rekenmachine (Li/MnO₂)

batterij, onder andere in elektrische auto (Li/Si leg. - FeS_x in gesmolten LiCl/KCl bij 400 °C)

bereiden van organische lithiumverbindingen 

bereiden van zeer zuiver helium of argon

katalysator (polymerisatie, ontzwaveling aardolie)

koelmiddel voor (kern)reactor

koud vervormbaar metaal (14 % Li, rest Mg)

lagermetaal, onder andere in de lucht- en ruimtevaart (0,04 % Li, 0,6 % Na, 0,7 % Ca + rest Pb)

moderator in een kernreactor

raffinage metalen, bijvoorbeeld  koper en nikkel (samen met Ca)

soldeer voor aluminium

warmtewisselaar

Toepassingen als ontleedbare stof (verbinding):